基于AT89C51的boost升压电路的设计(更改ok打印版) - 副本

1、. 电气与电子信息工程学院“单片机“课程设计报告 题 目：基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制系统 专业班级： 学号： 姓 名： 同 组 人： 指导教师：胡蔷黄磊设计时间：2014年12月22日2014年12月26日 设计地点：K2-407单片机、微机原理实验室2014年10月课程设计任务书2014 2015 学年第1学期一、课程设计题目： 基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制统 二、课程设计要求 1. 根据具体设计课题的技术指标和给定条件，以单片机为核心器件，能独立而正确地进展方案论证和电路设计，完成仿真操作。要求概念清楚、方案合理、方确、步骤完整； 2. 熟悉、掌握

2、各种外围接口电路芯片的工作原理和控制方法； 3. 熟练使用单片机汇编语言或C51进展软件设计； 4. 熟练使用Proteus、Keil软件进展仿真电路测试； 5. 熟练使用Protel软件设计印刷电路板；6. 学会查阅有关参考资料和手册，并能正确选择有关元器件和参数； 7. 编写设计报告，参考毕业设计论文格式。1根据课题要求确定系统设计方案；2绘制系统框图、系统仿真原理图印刷电路板图，列出元器件明细表；3计算电路参数和选择元器件，画出软件流程图列出程序清单；4打印仿真结果，根据测试结果进展误差分析与修改调整；5对设计进展全面总结。三、课程设计容含技术指标本次课程设计是基于AT89C51单片机为

3、控制核心，boost升压电路为主电路的拓扑构造，实现能量的转换；PCF8591芯片作为AD采集芯片，通过总线来采集输出电压；IR2106芯片作为驱动芯片，用于驱动主电路中的开关管；差分电路用于采集输出的电压值；LCD1602液晶显示，用于显示输出电压值。技术指标：能采集输出电压的大小。能显示输出电压的大小。电路拓扑构造正常工作。用单片机控制主电路的工作状态。目 录TOC o 1-3 u 摘要 PAGEREF _Toc1884 I1 总体系统框图 PAGEREF _Toc28927 12 硬件电路 PAGEREF _Toc4319 12.1 方案论证 PAGEREF _Toc23769 1 显示

4、模块 PAGEREF _Toc28752 12.1.2 AD采集模块 PAGEREF _Toc8489 12.2 电路模块设计 PAGEREF _Toc6290 22.2.1 IR2106驱动电路 PAGEREF _Toc29039 22.2.2 Boost升压主电路 PAGEREF _Toc21181 2 差分采样电路 PAGEREF _Toc12178 33 理论分析与计算 PAGEREF _Toc2444 43.1 Boost升压电路理论分析与计算 PAGEREF _Toc4641 44 PCF8591芯片 PAGEREF _Toc15621 44.1 PCF8591功能描述 PAGER

5、EF _Toc5601 44.2 PCF8591外围电路 PAGEREF _Toc18536 54.3 片可编程功能设置 PAGEREF _Toc23662 54.4 PCF8591的A/D 转换 PAGEREF _Toc13495 65 程序设计流程图 PAGEREF _Toc26937 86 实物图 PAGEREF _Toc25679 97 总结 PAGEREF _Toc30509 118 参考文献 PAGEREF _Toc2148 11. 基于AT89C51单片机的Boost电路开环控制系统摘要：本设计是以AT89C51为控制核心，以PCF8591A/D转换芯片采样输出电压值的大小、LC

6、D1602作为人机交换界面、IR2106电路作为MOSFET开关管的驱动电路，实现了对Boost升压电路的开环控制。关键词：AT89C51 A/D转换芯片 IR2106 Boost升压电路Abstract: The design is based on AT89C51 as the control center,In PCF8591AD conversion chip sampled output voltage magnitude,As the man-machine interface LCD1602 e*change，IR2106 MOSFET switch circuit as a d

7、riving circuit，Boost boost circuit realizes the open-loop control.Keywords: AT89C51 A / D converter chip IR2106 Boost Chopper. 1 总体系统框图本系统采用AT89C51单片机作为系统控制核心，LCD1602作为数据显示，PCF8591作为Boost升压电路输出电压的AD数据采集芯片，通过I/O口控制MOSFET的开通和关断来控制Boost电路输出电压。图1为系统总体框图。图1 总体系统框图2 硬件电路2.1 方案论证2.1.1 显示模块方案一：采用LED数码管显示，控制

8、比拟简单，但占用较多的I/O口，不能实现资源的有效利用，而且只能显示一些简单的字符，显示信息量有限。方案二：采用LCD液晶显示，优点是功耗低、字迹清晰、视觉舒服，因此具有友好的人机交流显示界面，显示的信息量大。通过以上分析，应选择方案二。2.1.2 AD采集模块方案一：采用ADC0809。ADC0809是一款8位、8个通道模拟开关、低价格A/D转换器，主要特点是，模数转换时间大约100us。分辨率较低，转换时间较长，占用大的I/O口资源较多。方案二：采用PCF8591,.PCF8591 是一种具有 总线接口的 8 位 A/DD/A 转换芯片，在与 CPU的信息传输过程中仅靠时钟线 SCL 和数

9、据线 SDA 就可以实现。 总线是Philips 飞利浦公司推出的串行总线，它与传统的通信方式相比具有读写方便，构造简单,可维护性好,易实现系统扩展,易实现模块化标准化设计,可靠性高等优点。综上所述分析，采用方案二。2.2 电路模块设计2.2.1 IR2106驱动电路IR2106作为一个驱动功率放大电路，用于驱动开关管。开关管的驱东电压为+10V+20V之间，而单片机输出的电压为+5V，且驱动功率小，缺乏以驱动开关管开通，所以需通过功率放大电路来实现。IR2106的外围电路为一个自举电路，自举电路由一个自举二极管和一个自举电容构成。自举电容只在高端器件关断，Vs被拉到地时才被充电。因此低端器件

10、开通时间或高端器件关断时间应足够长，以保证被高端驱动电路吸收掉的自举电容上的电荷被完全补充，因此对低端器件的开通时间或高端器件的关断时间有最小要求。在该电路中使用的是PWM1B的驱动接口。其电路图如图2所示。图2 IR2106驱动电路2.2.2 Boost升压主电路Boost升压电路的拓扑如图3所示。Boost升压电路的原理为：当开关管开通后，输入电源为开场为电感充电，当开关管关断后，输入直流电源和储能电感一起向负载提供能量，以到达升压的效果。图 3 Boost升压主电路图2.2.3 差分采样电路为了获得较高电压的模拟信号，同时为了防止AD芯片损坏，故在AD采集的之前采用一个差分采样电路，这样

11、既可以采集较高电压的模拟信号，又可以因为电压过高而损坏芯片。在boost升压电路的输出端并联四个差分采样电阻，用于衰减电压，采样的信号通过差分电阻后，接入有LM324构成的差分运算放大电路进展同比例的放大，然后在经过一个跟随电路，将采样的电压信号传送到AD采集芯片接口处，进展AD转换。跟随电路在这里起隔离、增加输入阻抗和减小输出阻抗的作用。电路图如图4和图5所示。图4 差分采样电阻图5 差分采样电路3 理论分析与计算3.1 Boost升压电路理论分析与计算 当开关管处于导通时，电源E向电感L充电，充电电流根本恒定为I1，同时电容C上的电压向负载R供电。输出电压为uo。设V处于导通状态的时间为，

12、此阶段电感L上积蓄的能量为，当开光管断开时，E和电感L共同向电容C充电并向负载R提供能量。设开关管处于断开的时间为，则在此期间电感L释放的能量为。当电路工作于稳态时，一个周期T中电感L积蓄的能量与释放的能量相等，即 1化简可得 (2)上式中，所以输出电压高于电源电压。4 PCF8591芯片PCF8591是一个单片集成、单独供电、低功耗、8-bit CMOS数据获取器件。PCF8591具有4个模拟输入、1个模拟输出和1个串行总线接口。PCF8591的3个地址引脚A0, A1和A2可用于硬件地址编程，允许在同个总线上接入8个PCF8591器件，而无需额外的硬件。在PCF8591器件上输入输出的地址

13、、控制和数据信号都是通过双线双向总线以串行的方式进展传输。4.1 PCF8591功能描述PCF8591 为单一电源供电典型值为 5 V，CMOS 工艺 PCF8591 有 4 路 8 位 A/D 输入，属逐次比拟型，含采样保持电路；1 路 8 位 D/A 输出，含有 DAC的数据存放器 A/D D/A 的最大转换速率由总线的最大速率决定。4.2 PCF8591外围电路PCF8591中有两条总线，一条是SCL时钟线，另一条是SDA数据线。总线各器件都采用的是漏极开路构造与总线相连，因此SCL和SDA均需接上拉电阻，所以在PCF8591的外围电路上的9、10引脚上各接了一个上拉电阻。12号引脚是E

14、*T引脚作为部、外部时钟选择线，在本电路中采用部时钟，故E*T引脚接地。芯片的基准电源由外部供电，所以14号引脚接电源。由于硬件电路确定了，故在该电路中采用的AIN3作为AD的采集输入口。PCF8591 的外围电路图如图6所示。图 6 PCF8591外围电路图4.3 片可编程功能设置 在 PCF8591 部的可编程功能控制字有两个，一个为地址选择字，另一个为转换控制字 PCF8591 采用典型的I2C总线接口的器件寻址方法，即总线地址由器件地址引脚地址和方向位组成 Philips 飞利浦公司规定 A/D器件高四位地址为 1001，低三位地址为引脚地址A0A1A2，由硬件电路决定，地址选择字格式

15、具体描述如表1 所示 因此 I2C 系统中最多可接 23=8 个具有总线接口的 A/D 器件 地址的最后一位为方向位 R/W，当主控器对 A/D 器件进展读操作时为 1，进展写操作时为 0 总线。操作时，由器件地址 引脚地址和方向位组成的从地址为主控器发送的第一字节。表1 地址选择字格式描述D0为读写控制位，对转换器件进展读操作时为1 ，进展写操作时为0。D1、D2、D3为引脚硬件地址设置位，由硬件电路设定该PCF8591的物理地址。D7、D6、D5、D4为器件地址位固定为1001。PCF8591的转换控制字存放在控制存放器中，用于实现器件的各种功能 总线操作时为主控器发送的第二字节 转换控制

16、字的格式功能具体描述如表2所示，表2 转换控制字格式描述D0,D1为通道选择位。00 ：通道 0； 01：通道1；10：通道2；11：通道3。D2：自动增量允许位，为 1时，每对一个通道转换后自动切换到下一通道进展转换，为0 时不自动进展通道转换，可通过软件修改良行通道转换D3：特征位，固定位0。D4,D5：模拟量输入方式选择位。00：输入方式0，四路单端输入；01 ：输入方式 1，三路差分输入；10 ：输入方式2，二路单端输入，一路差分输入； 11：输入方式3 ，两路差分输入。D6：模拟输出允许位，A/D 转换时设置为地址选择字D0 位此时设置为1，D/A 转换时设置为 1。D7：特征位，固

17、定为0。4.4 PCF8591的A/D 转换PCF8591的A/D 转换为逐次比拟型，在 A/D转换周期中借用 DAC及高增益比拟器 对 PCF8591进展写读操作后便立即启动 A/D转换，并读出A/D 转换结果 在每个应答信号的后沿触发 转换周期，采样模拟电压并读出前一次转换后的结果。A/D转换中，一旦 A/D采样周期被触发，所选择通道的采样电压便保存在采样，保持电路中，并转换成8 位二进制码单端输入或二进制补码差分输入存放在ADC数据存放器中等待器件读出。如果控制字节中自动增量选择位置 1，则一次A/D 转换完毕后自动选择下一通道 。读周期中读出的第一个字节为前一个周期的转换结果 。上电复

18、位后读出的第一字节为80H。PCF8591的A/D 转换亦使用的是I2C 总线的读方式操作完成的 。其数据操作格式如图 7所示。图7 A/D转换数据操作格式其中data0datan 为 A/D的转换结果，分别对应于前一个数据读取期间所采样的模拟电压。A/D 转换完毕后，先发送一个非应答信号位A 再发送完毕信号位P。 灰底位由主机发出，白底位是由PCF8591 产生。 上电复位后控制字节状态为00H ，在 A/D转换时须设置控制字，即须在读操作之前进展控制字节的写入操作。逻辑操作波形时序图如图8所示。图8 A/D转换逻辑操作波形时序图5 程序设计流程图本系统采用AT89C51作为系统控制器，PCF8591作为AD采样芯片，LCD1602作为显示。其程序流程图如图9所示。图 9 程序流程图6 实物图图10 LCD1602显示图图11 IR2106驱动电路图 12 Boost升压电路图13 差分采样电路图 14 总体调试图7 总结通过本次课程设计较深入的了解了单片机的相关功能，学习了PCF8591AD/DA转换芯片的工作原理和I2C串行总线的大致工作情况。当然在本次课程设计还应改良的地方，如可以参加按键实现对占空比的控制，从而来实现对输出电压的控制，加上算法实现对输出电压的闭环控制，在后面时间可以对其进展改良。在这一次的课程设计当中收获很多，学习了自己以前没有去学习